EGLN1 - EGLN1
El factor inducible por hipoxia prolil hidroxilasa 2 (HIF-PH2), o proteína 2 que contiene el dominio prolil hidroxilasa (PHD2), es una enzima codificada por el gen EGLN1 . También se conoce como homólogo 1 de Egl nine . PHD2 es una hidroxilasa dependiente de α-cetoglutarato / 2-oxoglutarato , una superfamilia de proteínas que no contienen hierro hemo. En los seres humanos, PHD2 es una de las tres isoformas del factor prolina dioxigenasa inducible por hipoxia , que también se conoce como prolilhidroxilasa de HIF .
La respuesta de hipoxia
HIF-1α es un factor de transcripción ubicuo, sintetizado constitutivamente, responsable de regular al alza la expresión de genes implicados en la respuesta celular a la hipoxia . Estos productos génicos pueden incluir proteínas como enzimas glucolíticas y factores de crecimiento angiogénicos . En normoxia, las subunidades alfa de HIF están marcadas para la ruta de degradación de ubiquitina-proteasoma a través de la hidroxilación de prolina -564 y prolina-402 por PHD2. La prolil hidroxilación es fundamental para promover la unión de pVHL a HIF, que se dirige a HIF para la poliubiquitilación.
Estructura
PHD2 es una enzima de 46 kDa que consta de un dominio N-terminal homólogo a los dominios de dedos de zinc MYND y un dominio C-terminal homólogo a las 2-oxoglutarato dioxigenasas . El dominio catalítico consiste en un núcleo de hélice β de doble hebra que está estabilizado por tres hélices α empaquetadas a lo largo de la hoja β principal. El sitio activo, que está contenido en el bolsillo entre las láminas β, quela el hierro (II) a través de la coordinación de histidina y aspartato. El 2-oxoglutarato desplaza una molécula de agua para unirse también al hierro. El sitio activo está revestido por residuos hidrófobos , posiblemente porque dichos residuos son menos susceptibles al daño oxidativo potencial por las especies reactivas que se escapan del centro de hierro.
PHD2 cataliza la hidroxilación de dos sitios en HIF-α, que se denominan dominio de degradación dependiente de oxígeno N-terminal (residuos 395-413, NODD) y dominio de degradación dependiente de oxígeno C-terminal (residuos 556-574, CODD). Estos dos sustratos de HIF suelen estar representados por péptidos de 19 aminoácidos de longitud en experimentos in vitro . La cristalografía de rayos X y la espectroscopia de RMN mostraron que ambos péptidos se unen al mismo sitio de unión en PHD2, en una hendidura en la superficie de PHD2. Se indicó un mecanismo de ajuste inducido a partir de la estructura, en el que los residuos 237-254 adoptan una conformación de bucle cerrado, mientras que en la estructura sin CODD o NODD, los mismos residuos adoptaron una conformación similar a un dedo abierto. Dicho cambio conformacional fue confirmado por espectroscopía de RMN, cristalografía de rayos X y cálculos de dinámica molecular. Un estudio reciente encontró un segundo sitio de unión de péptidos en PHD2, aunque la unión de péptidos a este sitio alternativo no pareció afectar la actividad catalítica de la enzima. Se requieren más estudios para comprender completamente la importancia biológica de este segundo sitio de unión del péptido.
La enzima tiene una alta afinidad por el hierro (II) y el 2-oxoglutarato (también conocido como α-cetoglutarato) y forma un complejo de larga duración con estos factores. Se ha propuesto que las concentraciones de cosustrato y hierro equilibran las hidroxilasas de HIF para responder a una "ventana hipóxica" apropiada para un tipo de célula o tejido particular. Los estudios han revelado que PHD2 tiene una K M de dioxígeno ligeramente por encima de su concentración atmosférica, y se cree que PHD2 es el sensor más importante del estado de oxígeno de la célula.
Mecanismo
La enzima incorpora un átomo de oxígeno del dioxígeno al producto hidroxilado y un átomo de oxígeno al coproducto succinato . Sus interacciones con HIF-1α se basan en una región de bucle móvil que ayuda a encerrar el sitio de hidroxilación y ayuda a estabilizar la unión tanto del hierro como del 2-oxiglutarato. También se propuso un mecanismo de regulación por retroalimentación que implica el desplazamiento de HIF-1α por HIF-1α hidroxilado cuando el 2-oxoglutarato es limitante.
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Papel biológico y relevancia de la enfermedad
PHD2 es el regulador principal de los niveles de estado estacionario de HIF-1α en la célula. Una caída de PHD2 mostró niveles aumentados de HIF-1α bajo normoxia y un aumento en la acumulación nuclear de HIF-1α y la transcripción dependiente de HIF. La acumulación de estado estable de HIF-1α dependía de la cantidad de silenciamiento de PHD efectuado por ARNip en células HeLa y una variedad de otras líneas celulares humanas.
Sin embargo, aunque parecería que PHD2 regula negativamente HIF-1α y, por lo tanto, también la tumorigénesis, ha habido sugerencias de roles paradójicos de PHD2 en la proliferación tumoral . Por ejemplo, un estudio en animales mostró una reducción tumoral en ratones deficientes en PHD2 mediante la activación de la señalización antiproliferativa de TGF-β . Otros modelos in vivo mostraron actividad supresora de tumor para PHD2 en el cáncer de páncreas , así como el cáncer de hígado . Un estudio de 121 pacientes humanos reveló PHD2 como un fuerte marcador pronóstico en el cáncer gástrico , y los pacientes PHD2 negativos tuvieron una supervivencia más corta en comparación con los pacientes PHD2 positivos.
Estudios recientes de asociación de todo el genoma han sugerido que EGLN1 puede estar involucrado en el fenotipo de bajo hematocrito exhibido por la población tibetana y, por lo tanto, EGLN1 puede desempeñar un papel en la adaptación hereditaria de esta población para vivir a gran altura.
Como diana terapéutica
El importante papel del HIF como mediador homeostático implica al PHD2 como un objetivo terapéutico para una variedad de trastornos relacionados con la angiogénesis, la eritropoyesis y la proliferación celular. Ha habido interés tanto en potenciar como en inhibir la actividad de PHD2. Por ejemplo, la inhibición por metilselenocisteína (MSC) de HIF-1α condujo a la inhibición del crecimiento tumoral en el carcinoma de células renales de una manera dependiente de PHD. Se cree que este fenómeno se basa en la estabilización del PHD, pero aún no se han investigado los detalles mecánicos de este proceso. Por otro lado, las pantallas de quelantes de moléculas pequeñas han revelado hidroxipironas e hidroxipiridonas como inhibidores potenciales de PHD2. Recientemente, se descubrió que los dihidropirazoles, una molécula pequeña basada en triazol, es un potente inhibidor de PHD2 que es activo tanto in vitro como in vivo . También se han desarrollado péptidos análogos de sustrato para exhibir selectividad inhibidora para PHD2 sobre el factor inhibidor de HIF (FIH), para el cual algunos otros inhibidores de PHD muestran especificidad solapada. Los gasotransmisores, incluidos el monóxido de carbono y el óxido nítrico, también son inhibidores de PHD2 al competir con el oxígeno molecular por unirse al ión Fe (II) del sitio activo.
Referencias
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